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什么是薄膜磁致伸缩 (mr) 传感器?
来源:赛斯维传感器网 发表于 2022/8/2

图片来源:sakkmesterke/shutterstock.com


磁致伸缩传感器是众所周知的一类传感器,已经存在了很长时间,并已在许多应用中找到了商业用途;从工业应用到日常用品,如笔记本电脑。这些传感器通过薄膜利用磁阻效应,无需物理接触即可进行测量。在本文中,我们将介绍这些传感器,以及它们的应用和磁阻效应。


磁阻效应

磁阻传感器基于磁阻效应,也称为磁阻。磁阻是材料在外加磁场下改变其电阻的能力。在磁致伸缩传感器中,可以检测到电阻率的这种变化,结果可以消除远程物体/环境的许多属性。磁阻的概念是一个古老的概念,可以追溯到 1857 年,但直到 100 年后,它才在任何技术应用中实现。


有两种主要类型的磁阻效应,这取决于所采用的材料类型。第一种称为各向异性磁阻 (amr) 效应,主要表现为稀土元素、过渡金属和铁磁薄膜的薄膜。第二种机制,称为巨磁阻 (gmr) 效应,常见于多层薄膜,其中非磁性层将两个磁性层分开。然而,由于大多数薄膜磁致伸缩传感器都表现出 amr 效应,我们将专注于那个。


amr 效应具体发生在 3d 过渡金属中,这些材料的电阻率变化可以在宏观上看到。amr效应发生在过渡金属薄膜中,因为3d电子亚壳层没有被填充,这导致4s亚壳层中的电子在磁场下散射到3d原子轨道中。各向异性是由于电子轨道的不对称性质(由于自旋轨道耦合),这导致电子平行或垂直于磁化方向行进。


薄膜磁致伸缩传感器

薄膜磁致伸缩传感器有时很难使用,因为需要进行一些信号处理才能将信号转换为所需的输出。然而,它们是一个非常有用的工具,因为它们可以在不需要物理接触的情况下提供测量。总体而言,磁致伸缩传感器是一种用于测量由于物体或其他事件干扰本地磁场而引起的任何远程干扰的工具。从属性的角度来看,它们可以提供有关这些磁场内的方向、存在、旋转、角度或电流的信息,但它通常被视为电流,因此需要额外的处理和转换。


薄膜和非薄膜磁致伸缩传感器的主要区别在于承受磁阻的活性材料成分。尽管磁阻可能出现在一些块状材料和半导体中,但在薄膜中更常见。原因是这些传感器中使用的薄膜具有大的饱和磁致伸缩、高饱和磁化强度、低的??各向异性能量和低矫顽力——这些都是这些传感器的主要实际要求。


通常,惠斯通电桥(一种使用桥电路的两条腿测量未知电阻的电路)通常用于操作磁致伸缩传感器。曾经使用所谓的亨特元件(以一个磁致伸缩传感器的创造者命名),但惠斯通电桥具有零参考点,并且没有任何温度依赖性(与亨特元件不同)。传感器内的薄膜通常采用弯曲的几何形状实现,因此它会产生强磁各向异性,并可以提供明确定义的灵敏度方向。如前所述,磁致伸缩传感器需要相关的电输出。这采用二次三角函数的形式,这限制了许多传感器以 180° 的角度进行监控。


磁致伸缩传感器的应用

磁致伸缩传感器的应用在商业上很普遍。这些应用包括:

质量传感器

罗盘应用

压力传感器

用于蛋白质测定的生物分子检测中的磁性标签

微流体系统中的磁珠操作

高频射频器件

光纤光栅传感器(以及其他类型的光纤传感器)中的传感器

气缸位置传感器

血液分析仪

用于高温环境的传感器(因为测量值不受温度影响)

工业接近传感器

流量传感器

磁性编码器


甚至在许多人可能不知道的日常物品中的一些应用,例如在笔记本电脑的盖子中、在交通信号灯中检测烧坏、在残疾人车辆升降机中、在电梯和叉车中作为位置传感器。

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